JP3873826B2 - Electronic component recognition apparatus and electronic component recognition method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品実装装置に用いられ電子部品の位置や形状を認識する電子部品認識装置および電子部品認識方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電子部品実装装置などにおいて電子部品の位置認識を画像処理により行うための撮像手段として、ラインカメラが知られている。このラインカメラは受光量に応じた電荷を蓄える画素をライン状に配列したものである。ラインカメラ上に光学系により撮像対象物の像を結像させると、各画素には対象物の画像データに対応する電荷が蓄えられる。この各画素の電荷を電気信号として順次出力させることにより、画素の配列方向、すなわち主走査方向の1次元画像を得ることができる。そして電子部品を主走査方向と直交する副走査方向に移動させながら得られた複数の1次元画像を並列させることにより、所望の2次元画像データが取得される。電子部品実装装置においては、認識対象の電子部品を保持した移載ヘッドをラインカメラの上方で水平移動させることにより、副走査方向の移動が行われる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このようなラインカメラで適正な画像を得るためには、副走査における認識対象とラインカメラとの間の相対速度を極力一定に保つことが求められる。しかしながら、電子部品実装装置においては、移載ヘッドの移動速度はボールねじなどの送り機構の誤差や制御誤差など各種の要因によって必ずしも厳密に一定速度ではない。そしてこの副走査方向の移動速度のばらつきは一次元画像ごとの明るさのばらつきを招き、このばらつきにより画像精度が低下する。このように、CCDラインカメラなどの一次元カメラを用いた従来の電子部品認識装置には、画像精度を確保することが困難であるという問題点があった。
【0004】
そこで本発明は、画像精度を確保することができる電子部品認識装置および電子部品認識方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の電子部品認識装置は、電子部品実装装置において移載ヘッドに保持された電子部品の画像を取り込んで認識する電子部品認識装置であって、電子部品を吸着保持するノズルを備えた移載ヘッドと、列状に配列された複数の画素を備えた一次元カメラと、前記画素の配列方向と直交する方向に前記移載ヘッドを一次元カメラに対して相対的に移動させる移動手段と、この移動手段によって相対移動する電子部品を前記一次元カメラで撮像して得られた複数の一次元画像に基づいて前記電子部品を認識する画像認識部と、前記一次元カメラの撮像エリアを通過する電子部品を照明する照明部と、この照明部の照明光を前記複数の画素のうち測光用基準画素として設定された画素に導く導光手段と、測光用基準画素から出力される電気信号に基づいて前記複数の画素のうち前記測光用基準画素を除いた画素から出力された画像信号を補正する画像信号補正手段とを備えた。
【0006】
請求項2記載の電子部品認識方法は、電子部品実装装置において移載ヘッドに保持された電子部品の画像を列状に配列された複数の画素を備えた一次元カメラによって取り込んで認識する電子部品認識方法であって、電子部品を吸着保持した移載ヘッドを前記画素の配列方向と直交する方向に一次元カメラに対して相対的に移動させる相対移動工程と、この相対移動中の電子部品を前記一次元カメラで撮像して得られた複数の一次元画像に基づいて前記電子部品を認識する画像認識工程とを含み、この画像認識工程において、前記一次元カメラの撮像エリアを通過する電子部品を照明する照明部の照明光を前記複数の画素のうち測光用基準画素として設定された画素に導いて受光させ、測光用基準画素から出力された画像補正用の電気信号に基づいて前記複数の画素のうち前記測光用基準画素を除いた画素から出力された画像信号を補正する。
【0007】
本発明によれば、移動中の電子部品を一次元カメラで撮像して得られた複数の一次元画像に基づいて電子部品を認識する画像認識工程において、一次元カメラの撮像エリアを通過する電子部品を照明する照明部の照明光を複数の画素のうち測光用基準画素として設定された画素に導いて受光させ、測光用基準画素から出力された画像補正用の電気信号に基づいて画素から出力された画像信号を補正することにより、相対移動速度のばらつきに起因する画像のばらつきを適正に補正することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の斜視図、図2は本発明の一実施の形態の電子部品認識装置の構成を示すブロック図、図3(a)は本発明の一実施の形態の電子部品認識装置のカメラの構成説明図、図3(b)は本発明の一実施の形態の電子部品認識装置のラインセンサの出力信号の説明図、図4は本発明の一実施の形態の電子部品認識装置のラインセンサの信号出力タイミングを示す図、図5は本発明の一実施の形態の電子部品認識装置のラインセンサの信号出力の説明図である。
【0009】
まず図1を参照して電子部品実装装置について説明する。図1において、基台1の中央部にはX方向に搬送路2が配設されている。搬送路2は基板3を搬送し位置決めする。搬送路2の両側には電子部品を供給する部品供給部4が配設され、それぞれの部品供給部4には多数個のテープフィーダ5が並設されている。テープフィーダ5はテープに保持された電子部品を収納し、このテープをピッチ送りすることによりピックアップ位置に電子部品を供給する。
【0010】
基台1上面の両側端部には2基のY軸テーブル6A,6Bが並行に配設されており、Y軸テーブル6A,6Bには移載ヘッド8が装着されたX軸テーブル7が架設されている。移載ヘッド8は、下端部に電子部品を吸着する複数の吸着ノズル8a(図2)を備えている。Y軸テーブル6A,6BおよびX軸テーブルを駆動することにより、移載ヘッド8は水平移動し、テープフィーダ5のピックアップ位置から電子部品をピックアップし基板3上へ移送搭載する。
【0011】
次に図2,図3を参照して、電子部品実装装置において移載ヘッド8に保持された電子部品の画像を取り込んで認識する電子部品認識装置について説明する。搬送路2と部品供給部4の間の移載ヘッド8の移動経路には、電子部品の画像を読み取るカメラ9が配置されている。カメラ9はラインカメラ(1次元カメラ)であり、光電変換素子を有する複数の画素をY方向に列状に配置したラインセンサ11を備えている。カメラ9の両側方には、カメラ9の撮像エリアを通過する電子部品を照明する照明部10が配置されている。
【0012】
図2に示すように移載ヘッド8の吸着ノズル8aに保持された電子部品Pをカメラ9上に位置させた状態で、照明部10を点灯して下方から電子部品Pを照明することにより、電子部品Pの光学画像がラインセンサ11の各画素上に結像される。そしてこの光学画像を電気信号に変換した画像信号が信号取込部12に対して常時出力される。
【0013】
移載ヘッド8を移動させるX軸テーブル7は、モータ7a、送りねじ7cを備えており、モータ7aはモータ制御部13によって制御される。モータ制御部13はCPU19を介して伝達される速度指令や位置指令に従ってモータ7aを制御し、これにより移載ヘッド8はカメラ9に対してX方向に所定の移動パターンで移動する。
【0014】
移載ヘッド8を移動させながらカメラ9によって撮像を行うことにより、カメラ9は電子部品Pの走査画像を取得する。X軸テーブル7は、撮像対象物である電子部品Pを保持した移載ヘッド8を、カメラ9のラインセンサ11に対して画素の配列方向(Y方向)と直交する方向(X方向)に相対移動させる移動手段となっている。そして得られた走査画像を画像認識することにより電子部品Pの識別や位置検出が行われ、電子部品Pを基板3へ搭載する際には、この位置検出結果に基づいて位置ずれが補正される。
【0015】
またモータ7aはエンコーダ7bを備えており、エンコーダ7bから出力されるパルス信号はモータ制御部13に送られる。モータ制御部13からこのパルス信号を伝達されたパルス検出部14は、このパルス信号によって移載ヘッド8の位置を検出し、現在位置として画像取込指令部15に出力する。
【0016】
次に図3を参照して、カメラ9について説明する。カメラ9は光学系9aの下方にラインセンサ11をY方向に配列した構成となっている。ここで、ラインセンサ11の複数の画素11a(1〜m)のうち、先頭画素からn個分の画素範囲PX1(1〜n)に位置する画素11aは、測光用基準画素として設定されており、画素範囲PX1を除いた画素範囲PX2(n+1〜m)との境界には、遮光用の仕切部11bが設けられている。
【0017】
画素範囲PX1の画素11aは、照明部10から照射された照明光のうち、反射板20によって光学系9aに対して反射された反射光のみを測光用基準光として受光する。反射板20は、照明部10の照明光を複数の画素11aのうち測光用基準画素として設定された画素範囲PX1内の画素に導く導光手段となっている。そして図3(b)に示すように、画素範囲PX1内の画素11aはこの受光によって蓄積された電荷を測光用基準信号21として出力する。VAは、アナログ信号として出力される測光用基準信号21の電圧値を示している。
【0018】
画素範囲PX1を除いた画素範囲PX2は、電子部品Pの撮像用の画像信号取込範囲となっており、これらの画素11aは電子部品Pからの反射光を受光し、図3(b)に示すように、この受光によって蓄積された電荷を撮像対象の画像を含む画像信号22として出力する。VBは、アナログ信号として出力される画像信号22の電圧値を示している。なお、測光用基準画素としての画素範囲PX1は、電子部品Pを撮像するために必要とされる範囲を除いた、いわば不要画素範囲に設定される。
【0019】
図2において、ラインセンサ11に接続された信号取込部12は、画像信号取込部12a、基準信号取込部12bより構成されている。画像信号取込部12aはラインセンサ11の各画素のうち、画素範囲PX2の画素11aから出力される画像信号を取り込み、基準信号取込部12bは、画素範囲PX1の画素11aから出力される測光用基準信号を取り込む。
【0020】
このラインセンサ11からの信号取込は、画像取込指令部15から出力される画像取込指令信号を信号取込部12が受信することにより行われる。すなわち、移載ヘッド8をX方向に駆動するモータ7aのエンコーダ7bが発信するパルス信号をパルス検出部14が受信してカウントし、カウント値が移載ヘッド8の特定位置に対応するカウント値に到達したタイミングに、画像取込指令信号が信号取込部12に対して出力される。
【0021】
そしてこの画像取込指令信号をトリガーとして、ラインセンサ11の先頭画素から順に、各走査回毎に画素に蓄積された電荷が電気信号として出力される。このとき、前述のように、先頭からn個の画素(画素範囲PX1)から出力される信号は、基準信号取込部12bによって取り込まれ、それ以後の画素(画素範囲PX2)から出力される信号は、画像信号取込部12aに取り込まれる。
【0022】
基準信号取込部12b、画像信号取込部12aは、それぞれ画像補正用基準値設定部16、画像補正部17に接続されており、画像補正用基準値設定部16、画像補正部17には、図3(b)に示す測光用基準信号21(電圧値VA),画像信号22(電圧値VB)がそれぞれ出力される。
【0023】
画像補正用基準値設定部16は、測光用基準信号21を受信すると電圧値VAの平均値に近い代表的な電圧値[VA]をサンプルホールドし、この電圧値[VA]を画像補正部17に対して伝達する。電圧値[VA]は、後述するように画像補正部17における画像信号補正用の基準値として用いられる。電圧値[VA]としては、画素範囲PX1のほぼ中央に位置する画素に蓄積された電荷量に相当する電圧値をサンプルホールドするようにしてもよく、また画素範囲PX1の全画素の電荷量の平均値を用いるようにしてもよい。
【0024】
画像補正部17は、画像信号取込部12aから受信したアナログ電気信号である画像信号22をA/D変換することにより、デジタル化された1次元の画像信号を画像認識部18に対して出力する。そして、画像認識部18は、カメラ9に対して相対移動する認識対象の電子部品Pを順次撮像して得られた複数の一次元画像から認識対象の電子部品Pの2次元画像を取得し、この2次元画像に基づいて電子部品Pを認識する。
【0025】
次に、画像補正部17による画像信号のA/D変換に際して行われる画像信号の補正処理について、図4,図5を参照して説明する。図4(a)は、モータ7aのエンコーダ7bから発信されるパルス信号のうち、ラインセンサ11からの信号取込のタイミングとしてパルス検出部14が検出し画像取込指令部15に出力するパルスp1,p2,p3・・・を示している。
【0026】
そして図4(b)は、これらのパルス信号に同期して各走査回毎にラインセンサ11から出力される画像データD1,D2,D3・・・を示している。すなわち、パルスp1,p2間にラインセンサ11が露光して得られた画像データD1は、パルスP2をトリガーとして出力され、パルスp2,p3間にラインセンサ11が露光して得られた画像データD2は、パルスP3をトリガーとして出力される。
【0027】
このとき、図4(a)に示すように、各パルス間の間隔を示すインターバルT1,T2・・は必ずしも一定ではなく、移載ヘッド8の移動手段を構成する送りねじ7cの誤差や制御誤差など各種の要因によってばらつく場合が多い。そしてパルス間隔がばらつくとラインセンサ11の露光時間t1,t2に長短が生じ、この間に各画素に蓄積される電荷量が異なることから、出力される画像信号D1,D2は強さが異なる。すなわち、本来は等しい受光量であるべき場合にあっても、移載ヘッド8の相対移動速度のばらつきによって取得される1次元画像の明るさが異なり、画像精度が低下する。
【0028】
このような画像精度の低下を防止するため、本実施の形態の電子部品認識装置では、画像補正部17において画像信号をA/D変換する際に、測光用基準信号の代表的な電圧値[VA]に基づいて画像信号22の電圧値VBを補正するようにしている。すなわち、画像補正部17から画像認識部18に対して出力されるデジタル画像信号の電圧値VCは、画像信号取込部12aから伝達された電圧値VBではなく、VC=VB/[VA]の変換式によって変換された電圧値が出力される。したがって、画像補正用基準値設定部16、画像補正部17は、測光用基準画素から出力される電気信号に基づいてラインセンサ11の画素から出力された画像信号を補正する画像信号補正手段となっている。
【0029】
この変換処理を、図4に示す画像データD1,D2の例について、図5を参照して説明する。図5(a)、(c)は、信号取込部12に取り込まれる測光用基準信号21,画像信号22を画像信号D1,D2毎に示している。そして図5(b),(d)は、測光用基準信号21,画像信号22に基づいて出力される画像信号、すなわちVC1=VB1/[VA1]、VC2=VB2/[VA2]の変換式で変換されて出力される画像信号を示している。
【0030】
ここで、測光用基準信号21,画像信号22はいずれも、共通の露光時間で露光された電荷量に基づいた電気信号であることから、電圧値VBと電圧値[VA]とは比例関係にある。したがって、VBを[VA]で除した値を画像信号VCとすることにより、露光時間のばらつきによる影響が排除された電圧値VCの画像信号が得られる。
【0031】
すなわち、この電子部品認識装置による画像認識方法においては、電子部品Pを吸着保持した移載ヘッド8をラインセンサ11の画素の配列方向と直交する方向にカメラ9に対して相対的に移動させ(相対移動工程)、この相対移動中の電子部品Pをカメラ9で撮像して得られた複数の一次元画像に基づいて電子部品Pを認識する(画像認識工程)。そしてこの画像認識工程において、カメラ9の撮像エリアを通過する電子部品Pを照明する照明部10の照明光を複数の画素11aのうち測光用基準画素として設定された画素11aに導いて受光させ、これらの画素11aから出力された画像補正用の電気信号に基づいて、画素から出力された画像信号を補正する形態となっている。
【0032】
このような1次元画像を並列配置して得られる2次元画像には、カメラ9と撮像対象との相対移動速度のばらつきに起因する明暗のばらつきが存在しないことから、本来存在しない画像上の誤差を排除した高精度の画像認識を行うことができる。なお、画像信号22をこれと同一の照明から得られた測光用基準信号21を用いて補正するので、照明部10の明るさの経時変化に起因する画像のばらつきを適正に補正して、高精度の画像認識を行うことができる。
【0033】
【発明の効果】
本発明によれば、移動中の電子部品を一次元カメラで撮像して得られた複数の一次元画像に基づいて電子部品を認識する画像認識工程において、一次元カメラの撮像エリアを通過する電子部品を照明する照明部の照明光を複数の画素のうち測光用基準画素として設定された画素に導いて受光させ、測光用基準画素から出力された画像補正用の電気信号に基づいて画素から出力された画像信号を補正するようにしたので、相対移動速度のばらつきに起因する画像のばらつきを適正に補正して、本来存在しない画像上の誤差を排除した高精度の画像認識を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の斜視図
【図2】本発明の一実施の形態の電子部品認識装置の構成を示すブロック図
【図3】(a)本発明の一実施の形態の電子部品認識装置のカメラの構成説明図
(b)本発明の一実施の形態の電子部品認識装置のラインセンサの出力信号の説明図
【図4】本発明の一実施の形態の電子部品認識装置のラインセンサの信号出力タイミングを示す図
【図5】本発明の一実施の形態の電子部品認識装置のラインセンサの信号出力の説明図
【符号の説明】
7 X軸テーブル
8 移載ヘッド
9 カメラ
10 照明部
11 ラインセンサ
11a 画素
12 信号取込部
16 画像補正用基準値設定部
17 画像補正部
18 画像認識部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electronic component recognition apparatus and an electronic component recognition method that are used in an electronic component mounting apparatus and recognize the position and shape of an electronic component.
[0002]
[Prior art]
A line camera is known as an imaging means for performing position recognition of an electronic component by image processing in an electronic component mounting apparatus or the like. In this line camera, pixels that store charges corresponding to the amount of received light are arranged in a line. When an image of the imaging target is formed on the line camera by the optical system, charges corresponding to the image data of the target are stored in each pixel. By sequentially outputting the electric charge of each pixel as an electric signal, a one-dimensional image in the pixel arrangement direction, that is, the main scanning direction can be obtained. Then, desired two-dimensional image data is acquired by juxtaposing a plurality of one-dimensional images obtained while moving the electronic component in the sub-scanning direction orthogonal to the main scanning direction. In the electronic component mounting apparatus, the movement in the sub-scanning direction is performed by horizontally moving the transfer head holding the electronic component to be recognized above the line camera.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In order to obtain an appropriate image with such a line camera, it is required to keep the relative speed between the recognition target and the line camera in the sub-scan as constant as possible. However, in the electronic component mounting apparatus, the moving speed of the transfer head is not always strictly constant due to various factors such as an error of a feed mechanism such as a ball screw and a control error. The variation in the moving speed in the sub-scanning direction causes the variation in brightness for each one-dimensional image, and the image accuracy is lowered due to this variation. As described above, the conventional electronic component recognition apparatus using a one-dimensional camera such as a CCD line camera has a problem that it is difficult to ensure image accuracy.
[0004]
Therefore, an object of the present invention is to provide an electronic component recognition apparatus and an electronic component recognition method that can ensure image accuracy.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The electronic component recognition apparatus according to
[0006]
3. The electronic component recognition method according to
[0007]
According to the present invention, in an image recognition process for recognizing an electronic component based on a plurality of one-dimensional images obtained by imaging a moving electronic component with a one-dimensional camera, an electronic device that passes through an imaging area of the one-dimensional camera. The illumination light of the illumination unit that illuminates the component is guided to a pixel set as a photometric reference pixel among a plurality of pixels, and is output from the pixel based on an electrical signal for image correction output from the photometric reference pixel By correcting the image signal that has been corrected, it is possible to appropriately correct image variations caused by variations in relative movement speed.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of an electronic component mounting apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an electronic component recognition apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 3B is an explanatory diagram of the output signal of the line sensor of the electronic component recognition device according to the embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram illustrating the configuration of the camera of the electronic component recognition device of the embodiment. The figure which shows the signal output timing of the line sensor of the electronic component recognition apparatus of one Embodiment, FIG. 5 is explanatory drawing of the signal output of the line sensor of the electronic component recognition apparatus of one Embodiment of this invention.
[0009]
First, an electronic component mounting apparatus will be described with reference to FIG. In FIG. 1, a
[0010]
Two Y-axis tables 6A and 6B are arranged in parallel at both end portions of the upper surface of the
[0011]
Next, an electronic component recognition apparatus that captures and recognizes an image of an electronic component held by the
[0012]
As shown in FIG. 2, with the electronic component P held by the suction nozzle 8a of the
[0013]
The X-axis table 7 that moves the
[0014]
By taking an image with the
[0015]
The
[0016]
Next, the
[0017]
The pixel 11a in the pixel range PX1 receives only the reflected light reflected from the
[0018]
The pixel range PX2 excluding the pixel range PX1 is an image signal capturing range for imaging the electronic component P, and these pixels 11a receive the reflected light from the electronic component P, as shown in FIG. As shown, the charge accumulated by the light reception is output as an
[0019]
In FIG. 2, the signal capturing unit 12 connected to the
[0020]
The signal capture from the
[0021]
Then, using this image capture command signal as a trigger, the charges accumulated in the pixels at each scanning time are output as electrical signals in order from the top pixel of the
[0022]
The reference signal capture unit 12b and the image
[0023]
When receiving the
[0024]
The
[0025]
Next, image signal correction processing performed when the
[0026]
FIG. 4B shows image data D1, D2, D3... Output from the
[0027]
At this time, as shown in FIG. 4A, intervals T1, T2,... Indicating intervals between the pulses are not always constant, and errors and control errors of the
[0028]
In order to prevent such a reduction in image accuracy, in the electronic component recognition apparatus of the present embodiment, when the
[0029]
This conversion process will be described with reference to FIG. 5 for an example of the image data D1 and D2 shown in FIG. FIGS. 5A and 5C show the
[0030]
Here, since the
[0031]
That is, in the image recognition method by the electronic component recognition apparatus, the
[0032]
In a two-dimensional image obtained by arranging such one-dimensional images in parallel, there is no light / dark variation due to variations in relative movement speed between the
[0033]
【The invention's effect】
According to the present invention, in an image recognition process for recognizing an electronic component based on a plurality of one-dimensional images obtained by imaging a moving electronic component with a one-dimensional camera, an electronic device that passes through an imaging area of the one-dimensional camera. The illumination light of the illumination unit that illuminates the component is guided to a pixel set as a photometric reference pixel among a plurality of pixels, and is output from the pixel based on an electrical signal for image correction output from the photometric reference pixel Since the corrected image signal is corrected, it is possible to perform high-accuracy image recognition that appropriately corrects image variations caused by variations in relative movement speed and eliminates errors on images that do not exist originally. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an electronic component mounting apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an electronic component recognition apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 4B is an explanatory diagram of the configuration of the camera of the electronic component recognition apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 4B is an explanatory diagram of the output signal of the line sensor of the electronic component recognition apparatus according to the embodiment of the present invention. The figure which shows the signal output timing of the line sensor of the electronic component recognition apparatus of form. FIG. 5 is explanatory drawing of the signal output of the line sensor of the electronic component recognition apparatus of one embodiment of this invention.
7 X-axis table 8
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